研究性学习《游乐场中的物理学》课件

1、 闽清一中闽清一中闽清一中闽清一中闽清一中闽清一中 高一高一高一高一高一高一 指导老师指导老师指导老师指导老师指导老师指导老师 一、一、过山车、摩天轮过山车、摩天轮 二、二、中国的过山车中国的过山车 三、三、过山车中的物理原理过山车中的物理原理 游乐场中的物理学游乐场中的物理学 过山车过山车过山车 摩天轮摩天轮 中国的过山车中国的过山车 是全球最昂贵的过山是全球最昂贵的过山 车和游乐设施。垂直车和游乐设施。垂直 过山车最高落差达过山车最高落差达8080 米，相当于米，相当于3030多层楼多层楼 高，为美国境外垂直高，为美国境外垂直 下落距离最高的垂直下落距离最高的垂直 过山车，轨道全长超过山车

2、，轨道全长超 过过1 1公里，为世界上最公里，为世界上最 长的垂直过山车。长的垂直过山车。 广州长隆欢乐世界广州长隆欢乐世界 的垂直过山车的垂直过山车 中国的过山车中国的过山车 占地一万平米、占地一万平米、 全长八百八十八全长八百八十八 米的悬挂式神舟米的悬挂式神舟 过山车，堪称亚过山车，堪称亚 洲最大洲最大 北京石景山游乐园北京石景山游乐园 的神舟过山车的神舟过山车 中国的过山车中国的过山车 谷木游龙：亚洲最 长、中国首台木质 过山车。在长达约 1.2公里的惊险征 程中，木块撞击的 轰鸣声令人感受到 穿越原始丛 林 上海欢乐谷上海欢乐谷 的木制过山车的木制过山车 中国的过山车中国的过山车 南

3、京浦口珍珠泉公南京浦口珍珠泉公 园的园的过山车过山车 这座彩色四环过 山车，轨道全长 688米，最高处33 米，最大时速达 到75公里。 一、加速度一、加速度 速率速率 (有方向的速度有方向的速度) 的改变称的改变称 为加速度。一个物体加速，减速，或为加速度。一个物体加速，减速，或 改变方向改变方向, 称之为加速度。称之为加速度。 大部分大大部分大 型游乐设备包括加速度。型游乐设备包括加速度。 当下坡，当下坡， 或急速转弯或急速转弯, 设备可能提高速率或加设备可能提高速率或加 速度。速度。 过山车的物理原理过山车的物理原理 过山车的物理原理过山车的物理原理 当上坡，或沿直线运动当上坡，或沿直线

4、运动, 设备可能减设备可能减 小速率或减速度。地心引力使车体小速率或减速度。地心引力使车体 运动的速度越来越快运动的速度越来越快, 这是加速度。这是加速度。 当过山车上坡，车体运动的速度越当过山车上坡，车体运动的速度越 来越慢来越慢, 这是减速度。过山车的加速这是减速度。过山车的加速 度与车体的质量和推拉的动力有直度与车体的质量和推拉的动力有直 接的关系。接的关系。 二、向心力二、向心力 当过山车沿着回环运动当过山车沿着回环运动, 向心力向心力 发生作用。向心力是物体沿着圆周运发生作用。向心力是物体沿着圆周运 动而产生的动而产生的. 例如当你沿着下滑曲线例如当你沿着下滑曲线 向地面运行向地面运

5、行, 地心引力使过山车沿直地心引力使过山车沿直 线作下滑运动线作下滑运动,但是轨道是曲线的但是轨道是曲线的,向向 心力里又使过山车沿曲线运动心力里又使过山车沿曲线运动. 过山车的物理原理过山车的物理原理 乘客在过山车上的感觉是被抛离乘客在过山车上的感觉是被抛离 轨道轨道, 但是地心引力又使车体的的但是地心引力又使车体的的 确确运行在轨道上作圆周运动确确运行在轨道上作圆周运动,所所 以指向圆周或曲线内部的动力是以指向圆周或曲线内部的动力是 必须的。必须的。 对于指向圆周或曲线内对于指向圆周或曲线内 部的动力部的动力, 称之为向心力。称之为向心力。 过山车的物理原理过山车的物理原理 过山车的物理原

6、理过山车的物理原理 三、能量守恒定律三、能量守恒定律 能量可以从一种形式转化为另一能量可以从一种形式转化为另一 种形式种形式,但是不回自动生成和消失。但是不回自动生成和消失。 当马达驱动过山车攀登到达第一个坡当马达驱动过山车攀登到达第一个坡 度度, 过山车储存越来越多的势能。当过山车储存越来越多的势能。当 重力牵引过山车沿斜坡下滑重力牵引过山车沿斜坡下滑, 势能又势能又 转化为动能。转化为动能。 在斜坡的最底部在斜坡的最底部, 速度速度 最快。最快。 过山车的物理原理过山车的物理原理 当车体攀登第二个山坡，动能又逐渐当车体攀登第二个山坡，动能又逐渐 转化为势能转化为势能, 过山车的速度逐渐减慢

7、。过山车的速度逐渐减慢。 高度越高高度越高,意味着动能转化为势能越多。意味着动能转化为势能越多。 这个动能势能的转化守恒定律这个动能势能的转化守恒定律,保持过保持过 山车沿轨道上下运动。山车沿轨道上下运动。 而动能的总量而动能的总量 是保持不便是保持不便,只是重一种形式转化为另只是重一种形式转化为另 一种形式。一种形式。 过山车的物理原理过山车的物理原理 四、惯性四、惯性 一个静止的物体，如过山车，一个静止的物体，如过山车， 没有外力的推拉没有外力的推拉, 它是不会运动的。它是不会运动的。 物体质量越大物体质量越大, 惯性越大。如果没惯性越大。如果没 有外力使过山车加速或减速有外力使过山车加速

8、或减速, 行进行进 中的过山车会按原来的方向继续运中的过山车会按原来的方向继续运 动。运行过山车的阻力改变它的速动。运行过山车的阻力改变它的速 率是惯性的另一例子。率是惯性的另一例子。 过山车的物理原理过山车的物理原理 五、失重五、失重 1、足够快的速度离开地球到足够、足够快的速度离开地球到足够 高的距离使所受重力近于零高的距离使所受重力近于零 2、 下落的速度和和重力加速度是下落的速度和和重力加速度是 一样的。一样的。 即在地球上的加速度是以即在地球上的加速度是以 9.8 米米/ 秒竖直向下行进。秒竖直向下行进。 过山车的物理原理过山车的物理原理 要使人有重量要使人有重量,人必人必 须感觉到

9、来自地面须感觉到来自地面 的重力反作用力。的重力反作用力。 垂直下落的过山车垂直下落的过山车 在行进中，提供了在行进中，提供了 9.8 米米/秒的下落速秒的下落速 度度,使人产生失重的使人产生失重的 感觉。感觉。 广州长隆欢乐世界广州长隆欢乐世界 垂直过山车垂直过山车 六、圆周运动六、圆周运动 假设过山车的质量假设过山车的质量 是是mg mg ，正以速度，正以速度v v前进，前进， 而过山车的轨道是个半而过山车的轨道是个半 径为径为r r 的圆形，那么所的圆形，那么所 需的向心力便是需的向心力便是mvmv2 2/r/r。 过山车的物理原理过山车的物理原理 过山车的物理原理过山车的物理原理 过山车本身的重量过山车本身的重量 mgmg固然可提固然可提 供部分的向心力供部分的向心力, ,但假如所需的但假如所需的 向心力比车的重量向心力比车的重量mv2/rmg, , 部分所需的向心力便要由路轨部分所需的向心力便要由路轨 给予过山车的反作用力给予过山车的反作用力N N提供提供, , 两部分加起来我们有两部分加起来我们有 mg+N=mv2/rmg+N=mv2/r。此时如果速度。此时如果速度v